JP5047026B2 - Turbo type vacuum pump - Google Patents
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Description
本発明は、ターボ型真空ポンプに係り、特に大気圧から高真空まで排気可能でオイルフリーのターボ型真空ポンプに関する。 The present invention relates to a turbo vacuum pump, and more particularly to an oil-free turbo vacuum pump that can be evacuated from atmospheric pressure to high vacuum.
従来から半導体製造装置等において、チャンバ内の気体を排気して清浄な高真空(又は超高真空)を得るのにターボ型真空ポンプが用いられている。このターボ型真空ポンプには、吸気口と排気口とを有するポンプハウジング内にターボ分子ポンプ段、ネジ溝ポンプ段および渦流ポンプ段を順次配設し、これらポンプ段の回転翼を固定した回転軸を静圧気体軸受で支持するタイプの真空ポンプや、吸気口と排気口とを有するポンプハウジング内に多段の遠心圧縮ポンプ段を配設し、ポンプ段の回転翼を固定した回転軸をラジアル気体軸受及びスラスト気体軸受により支持するタイプの真空ポンプ等がある。このように、転がり軸受を用いることなく、気体軸受を用いて回転軸を支持することにより、ガス流路のみならず、軸受部等も含めたポンプ全体に油を用いる必要がないオイルフリーのターボ型真空ポンプを構成するようにしている。 Conventionally, in a semiconductor manufacturing apparatus or the like, a turbo type vacuum pump is used to exhaust a gas in a chamber to obtain a clean high vacuum (or ultra-high vacuum). In this turbo vacuum pump, a turbo molecular pump stage, a thread groove pump stage and a vortex pump stage are sequentially arranged in a pump housing having an intake port and an exhaust port, and a rotary shaft to which the rotor blades of these pump stages are fixed. Is supported by a hydrostatic gas bearing, or a multistage centrifugal compression pump stage is installed in a pump housing having an intake port and an exhaust port. There are vacuum pumps of the type supported by bearings and thrust gas bearings. In this way, by using a gas bearing to support the rotating shaft without using a rolling bearing, an oil-free turbo that does not require oil to be used not only for the gas flow path but also for the entire pump including the bearing portion and the like. Type vacuum pump.
上述したターボ分子ポンプ段、ネジ溝ポンプ段、渦流ポンプ段と、静圧気体軸受とを組合せたターボ型真空ポンプは、例えば特開2002−285987号公報(特許文献1)に記載されており、この真空ポンプは気体を超高真空から大気圧まで圧縮可能である。渦流ポンプ段の渦流翼(円周流翼)は、翼クリアランスが広くても、気体を大気圧まで圧縮可能な翼要素であり、回転円板の周辺部に放射状に形成された回転翼部と、回転翼の形成された回転円板を覆う環状の凹部(通風路)と、上下に隣り合う通風路を連通する連通路から構成されている。渦流翼は、回転円板を上下に覆う通風路が必要なため、翼要素の容積が大きいという欠点がある。また、通風路に1ヶ所設けられた連通路(吸入口)より気体を吸い込み、円周方向に圧縮し、隣り合う通風路に連通する連通路(排出口)より排出する構造のため、排気速度(排気容量)が小さいという欠点がある。さらに、放射状に多数形成された回転翼部を有する回転円板を、大気圧領域にて回転させるため、運転動力が大きいという欠点がある。しかも、通風路、連通口を形成した固定側の構造が複雑であるという構造上の問題点もある。 A turbo vacuum pump that combines the above-described turbo molecular pump stage, thread groove pump stage, vortex pump stage, and static pressure gas bearing is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-285987 (Patent Document 1). This vacuum pump can compress gas from ultra-high vacuum to atmospheric pressure. The vortex pump (circumferential flow wing) of the vortex pump stage is a wing element that can compress gas to atmospheric pressure even if the wing clearance is wide, and a rotating wing that is formed radially around the rotating disk, It is comprised from the annular recessed part (ventilation path) which covers the rotating disc in which the wing | blade was formed, and the communicating path which connects the ventilation path adjacent to the upper and lower sides. The vortex blade has a drawback that the volume of the blade element is large because an air passage that covers the rotating disk up and down is necessary. Also, because of the structure that sucks gas from the communication passage (suction port) provided in one place in the ventilation path, compresses it in the circumferential direction, and discharges it from the communication path (discharge port) communicating with the adjacent ventilation path, the exhaust speed There is a disadvantage that (exhaust capacity) is small. Furthermore, since a rotating disk having a plurality of radially formed rotor blades is rotated in the atmospheric pressure region, there is a drawback that the driving power is large. In addition, there is a structural problem that the structure on the fixed side where the ventilation path and the communication port are formed is complicated.
上述した遠心圧縮ポンプ段と気体軸受とを組合せたターボ型真空ポンプは、例えば、実開平1−142594号公報(特許文献2)に記載されており、この真空ポンプは気体を低真空域から大気圧近傍まで圧縮可能である。この真空ポンプにおいては、スラスト気体軸受は排気口側に設置されており、スラスト気体軸受の回転側スラストディスクは、固定側の上部と下部のディスクにより軸方向に挟んで構成されている。この真空ポンプは、遠心圧縮ポンプ段と気体軸受が別構造体であるため、部品点数が多いという欠点がある。そして、遠心圧縮ポンプ段と気体軸受が別構造体であるため、遠心圧縮ポンプ段の翼クリアランスの微小化が難しいという問題点がある。 A turbo type vacuum pump in which the above-described centrifugal compression pump stage and a gas bearing are combined is described in, for example, Japanese Utility Model Publication No. 1-142594 (Patent Document 2). Compressible to near atmospheric pressure. In this vacuum pump, the thrust gas bearing is installed on the exhaust port side, and the rotation-side thrust disk of the thrust gas bearing is configured to be sandwiched in the axial direction by the upper and lower disks on the fixed side. This vacuum pump has a disadvantage that the number of parts is large because the centrifugal compression pump stage and the gas bearing are separate structures. And since a centrifugal compression pump stage and a gas bearing are separate structures, there exists a problem that miniaturization of the wing clearance of a centrifugal compression pump stage is difficult.
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、気体を高真空から大気圧まで圧縮できる翼要素で、構造がシンプル且つ、高効率(運転動力の小さい)の翼要素を有するターボ型真空ポンプを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and is a wing element capable of compressing a gas from a high vacuum to an atmospheric pressure, and has a simple structure and a highly efficient (small driving power) wing element. The object is to provide a pump.
上述の目的を達成するため、本発明の一態様は、ポンプの略全長に亘って延びる回転軸と、ケーシング内に回転翼と固定翼とを交互に配置することによって形成された排気部と、前記回転軸に回転駆動力を与えるモータと前記回転軸を回転自在に支承する軸受とを有した軸受モータ部を備えたターボ型真空ポンプにおいて、前記回転軸をスラスト方向に支承する軸受に気体軸受を用い、該気体軸受の固定側部位の両面にスパイラル溝を形成し、前記回転軸に固定された上側回転側部位と下側回転側部位とにより、前記スパイラル溝の形成された固定側部位を挟み込むようにし、前記上側回転側部位に、前記スパイラル溝と対向する面と逆の面に、気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼要素を形成したことを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, one aspect of the present invention includes a rotating shaft extending over substantially the entire length of a pump, an exhaust section formed by alternately arranging rotating blades and fixed blades in a casing, In a turbo type vacuum pump having a bearing motor section having a motor for applying a rotational driving force to the rotating shaft and a bearing for rotatably supporting the rotating shaft, a gas bearing is provided on the bearing for supporting the rotating shaft in a thrust direction. The spiral groove is formed on both surfaces of the fixed side portion of the gas bearing, and the fixed side portion where the spiral groove is formed by the upper rotating side portion and the lower rotating side portion fixed to the rotating shaft. The centrifugal blade element for compressing and exhausting gas in the radial direction is formed on the surface opposite to the surface facing the spiral groove on the upper rotation side portion.
本発明によれば、回転軸と回転軸に固定された回転翼を含む回転体をスラスト方向に支承する軸受に気体軸受を採用したことにより、回転体を軸方向に数ミクロン(μm)から数十ミクロン(μm)の精度で回転保持することが可能となる。この気体軸受を構成している回転体側の部位、すなわち、上側回転側部位に、気体を半径方向に圧縮する遠心翼要素を一体に形成する。気体軸受と遠心翼の微小クリアランスの方向は同じスラスト方向であるので、遠心翼要素の翼クリアランスを、気体軸受のクリアランスとほぼ同等に(または気体軸受のクリアランスより若干大きく)設定可能である。すなわち、上側回転側部位に、気体を半径方向に圧縮する遠心翼要素を形成しているので、上側回転側部位は、遠心翼を構成するとともに軸方向の位置決めをする気体軸受の一部を構成することになる。このように、軸方向の位置決めをする上側回転側部位に、気体を半径方向に圧縮する遠心翼要素を形成しているので、遠心翼要素の翼クリアランスを精度よく制御することができる。 According to the present invention, a gas bearing is used as a bearing for supporting a rotating body including a rotating shaft and a rotating blade fixed to the rotating shaft in the thrust direction. It can be rotated and held with an accuracy of 10 microns (μm). A centrifugal blade element that compresses the gas in the radial direction is integrally formed at a portion on the rotating body side that constitutes the gas bearing, that is, an upper rotation side portion. Since the direction of the minute clearance of the gas bearing and the centrifugal blade is the same thrust direction, the blade clearance of the centrifugal blade element can be set substantially equal to the clearance of the gas bearing (or slightly larger than the clearance of the gas bearing). That is, since the centrifugal blade element that compresses the gas in the radial direction is formed in the upper rotation side portion, the upper rotation side portion constitutes the centrifugal blade and constitutes a part of the gas bearing that performs axial positioning. Will do. As described above, since the centrifugal blade element that compresses the gas in the radial direction is formed in the upper rotation side portion that is positioned in the axial direction, the blade clearance of the centrifugal blade element can be accurately controlled.
本発明の好ましい態様は、気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼要素を軸方向に多段に配置し、前記遠心翼要素の翼クリアランスを排気側から吸気側に向かって徐々に大きくなるように設定したことを特徴とする。
気体を超高真空から大気圧まで圧縮するためには、翼の多段化が必要になる。ここで、回転翼と固定翼の温度を比較すると、当然、回転翼側の方が温度は高くなる。そのため、多段化した場合に各段のクリアランスを同じにすると、この温度差のために回転翼と固定翼の熱膨張差が生じ、上流側のクリアランスが徐々に狭くなり、接触が生ずる恐れがある。このため、各段の翼クリアランスを、この温度差を考慮して調整しなければならない。しかし、各段の翼クリアランスは非常に微小であるため、すべての段のクリアランスを計測・調整することは非常に手間を要し、組立時間の延長を招くものである。そこで、本発明のように、翼クリアランスが、排気側から吸気側に向かって徐々に大きくなるように設定しておくことが好適である。
In a preferred embodiment of the present invention, centrifugal blade elements that compress and exhaust gas in the radial direction are arranged in multiple stages in the axial direction, and the blade clearance of the centrifugal blade elements is set to gradually increase from the exhaust side toward the intake side. It is characterized by that.
In order to compress gas from ultra-high vacuum to atmospheric pressure, it is necessary to increase the number of blades. Here, when the temperatures of the rotor blades and the stationary blades are compared, the temperature on the rotor blade side is naturally higher. Therefore, if the clearance of each stage is the same when multistage, the difference in thermal expansion between the rotating blade and the fixed blade occurs due to this temperature difference, and the clearance on the upstream side is gradually narrowed, and contact may occur. . For this reason, the blade clearance at each stage must be adjusted in consideration of this temperature difference. However, since the blade clearance at each stage is very small, measuring and adjusting the clearances at all stages is very laborious and causes an increase in assembly time. Therefore, as in the present invention, it is preferable to set the blade clearance so that it gradually increases from the exhaust side toward the intake side.
本発明の好ましい態様は、気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼要素を軸方向に多段に配置し、前記遠心翼要素を有した前記回転翼の軸方向厚さに対して前記固定翼の軸方向厚さを、軸方向に形成される翼クリアランスの約10〜50%厚く形成したことを特徴とする。
本発明によれば、固定翼側の軸方向厚さを、回転翼側よりも予め厚めに設定しておくことにより、段数を積み上げる毎に、翼クリアランスは自ずと拡大していく。例えば、固定翼側の軸方向厚さを、回転翼側の軸方向厚さよりも予めtμm厚めに設定しておき、気体軸受に最も近い遠心翼段の翼クリアランスをCLμmと仮定すれば、次の段の翼クリアランスはCLμm+tμmとなり、その次の段の翼クリアランスはCLμm+2×tμmとなり、段数を積み上げる毎に、翼クリアランスは自ずと拡大していく。この寸法差は、回転翼側と固定翼側の温度差を考慮して決定すれば良い。また回転翼と固定翼の材質が違うのであれば、それらの線膨張係数の差も考慮すれば良い。
According to a preferred aspect of the present invention, centrifugal blade elements for compressing and exhausting gas in the radial direction are arranged in multiple stages in the axial direction, and the axis of the fixed blade with respect to the axial thickness of the rotor blade having the centrifugal blade element. The directional thickness is about 10 to 50% thicker than the blade clearance formed in the axial direction.
According to the present invention, by setting the axial thickness on the fixed blade side to be thicker than that on the rotary blade side in advance, the blade clearance naturally increases each time the number of stages is increased. For example, if the axial thickness on the stationary blade side is set to be t μm thicker than the axial thickness on the rotor blade side, and the blade clearance of the centrifugal blade stage closest to the gas bearing is assumed to be CLμm, The blade clearance is CL μm + t μm, and the blade clearance of the next stage is CL μm + 2 × t μm. As the number of stages is increased, the blade clearance naturally increases. This dimensional difference may be determined in consideration of the temperature difference between the rotary blade side and the fixed blade side. In addition, if the material of the rotary blade and the fixed blade are different, the difference in their linear expansion coefficients may be taken into consideration.
本発明の好ましい態様は、気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼要素の遠心翼溝を、回転翼側の軸方向の微小クリアランスを形成する面とその反対側の面の両方に形成したことを特徴とする。
微小クリアランスの翼を多段化するためには、各部品の精度ができるだけ高いに越したことはない。気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼溝からなる遠心翼要素は、気体を内周側から外周側に排気する面に形成されている。すなわち、遠心翼要素は、遠心力の作用する方向に形成されている。しかしながら、この遠心翼要素が片面にのみ形成されている場合には、遠心翼面の撓み・変形が発生し易く、面の修正が必要となる。
本発明によれば、回転翼側において、遠心翼溝の形成されている逆側の面にも同様の遠心翼溝を形成することにより、面の撓み・変形は低減する。
In a preferred aspect of the present invention, the centrifugal blade groove of the centrifugal blade element that compresses and exhausts gas in the radial direction is formed on both the surface forming the minute clearance in the axial direction on the rotor blade side and the surface on the opposite side. And
In order to increase the number of wings with minute clearances, the accuracy of each part has never been as high as possible. A centrifugal blade element composed of a centrifugal blade groove that compresses and exhausts gas in the radial direction is formed on a surface that exhausts gas from the inner peripheral side to the outer peripheral side. That is, the centrifugal blade element is formed in the direction in which the centrifugal force acts. However, when the centrifugal blade element is formed only on one side, the centrifugal blade surface is likely to be bent and deformed, and the surface needs to be corrected.
According to the present invention, on the rotor blade side, the same centrifugal blade groove is formed on the surface on the opposite side where the centrifugal blade groove is formed, thereby reducing the bending and deformation of the surface.
本発明の好ましい態様は、多段に配置された遠心翼要素を軸方向に締結する部品の少なくとも一部に弾性変形構造部を設けたことを特徴とする。
本発明のターボ型真空ポンプでは、非常に微小な翼クリアランスを形成するため、各部品の材料としては、セラミックスが適している。回転翼側には、高強度を有する窒化珪素セラミックスなどが好適であり、固定翼側には、熱伝導率の高い炭化珪素セラミックスなどが好適である。固定翼側としては、その他にアルミナセラミックスも使用できる。回転翼にセラミックスといった線膨張係数の小さい材料(約3×10−6/℃)を用い、回転軸にステンレス鋼(マルテンサイト系ステンレス鋼)を用いた場合、ステンレス鋼(マルテンサイト系ステンレス鋼)の線膨張係数が約10×10−6/℃であるため、線膨張係数の差により、回転体の回転による昇温中に締結の緩みが発生する恐れがある。
本発明によれば、多段に配置された遠心翼要素を軸方向に締結するための部品の少なくとも一部に弾性変形構造部を設け、回転翼の軸方向締結時に、弾性変形構造部に、予め軸方向の変形を発生させておくことにより、熱変形による緩み防止を図ることができる。弾性変形構造部の材質としては、アルミ合金が好適である。
A preferred aspect of the present invention is characterized in that an elastically deformable structure portion is provided in at least a part of a component for fastening the centrifugal blade elements arranged in multiple stages in the axial direction.
In the turbo type vacuum pump of the present invention, ceramics are suitable as a material for each component because a very small blade clearance is formed. Silicon nitride ceramics having high strength are suitable for the rotor blade side, and silicon carbide ceramics having high thermal conductivity are suitable for the fixed blade side. In addition, alumina ceramics can also be used on the fixed blade side. Stainless steel (martensitic stainless steel) when a material with a small coefficient of linear expansion (about 3 x 10-6 / ° C) such as ceramics is used for the rotor blade and stainless steel (martensitic stainless steel) is used for the rotating shaft. Since the linear expansion coefficient is about 10 × 10 −6 / ° C., there is a risk that loosening of the fastening may occur during temperature rise due to rotation of the rotating body due to the difference in linear expansion coefficient.
According to the present invention, the elastic deformation structure portion is provided in at least a part of the parts for fastening the centrifugal blade elements arranged in multiple stages in the axial direction. By generating the deformation in the axial direction, it is possible to prevent loosening due to thermal deformation. As a material of the elastic deformation structure portion, an aluminum alloy is suitable.
本発明によれば、以下に列挙する効果を奏する。
(1)回転軸と回転軸に固定された回転翼を含む回転体をスラスト方向に支承する軸受に気体軸受を採用し、気体軸受を構成している回転体側の部位、すなわち、上側回転側部位に、気体を半径方向に圧縮する遠心翼要素を一体に形成することにより、気体軸受と遠心翼の微小クリアランスの方向は同じスラスト方向であるので、遠心翼要素の翼クリアランスを、気体軸受のクリアランスとほぼ同等に設定可能である。したがって、遠心翼要素の翼クリアランスを精度よく制御することができる。
(2)軸方向に多段に配置された遠心翼要素の翼クリアランスを排気側から吸気側に向かって徐々に大きくなるように設定したため、温度差のために回転翼と固定翼の熱膨張差が生じ、上流側のクリアランスが徐々に狭くなる現象が生じても、回転翼と固定翼が接触する恐れはなく、また各段の翼クリアランスを、この温度差を考慮して計測・調整する必要がなく、組立時間の短縮をはかることができる。
(3)固定翼側の軸方向厚さを、回転翼側の軸方向厚さよりも予め厚めに設定しておくことにより、段数を積み上げる毎に、翼クリアランスを自ずと拡大させていくことができ、翼クリアランスの調整が不要となる。
(4)気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼要素の遠心翼溝を、回転翼側の軸方向の微小クリアランスを形成する面とその反対側の面の両方に形成したため、面の撓み・変形を低減することができ、面の修正が不要となる。
(5)多段に配置された遠心翼要素を軸方向に締結するための部品の少なくとも一部に弾性変形構造部を設け、回転翼の軸方向締結時に、弾性変形構造部に、予め軸方向の変形を発生させておくことにより、熱変形による緩み防止を図ることができる。
The present invention has the following effects.
(1) A gas bearing is used as a bearing for supporting a rotating body including a rotating shaft and a rotating blade fixed to the rotating shaft in the thrust direction, and a part on the rotating body side constituting the gas bearing, that is, an upper rotating side part In addition, by forming the centrifugal blade element that compresses the gas in the radial direction integrally, the direction of micro clearance of the gas bearing and the centrifugal blade is the same thrust direction, so the blade clearance of the centrifugal blade element is the clearance of the gas bearing. Can be set almost the same. Therefore, the blade clearance of the centrifugal blade element can be accurately controlled.
(2) Since the blade clearance of the centrifugal blade elements arranged in multiple stages in the axial direction is set so as to gradually increase from the exhaust side to the intake side, the thermal expansion difference between the rotating blade and the fixed blade is caused by the temperature difference. If there is a phenomenon that the upstream clearance gradually narrows, there is no risk of contact between the rotor blades and fixed blades, and the blade clearance of each stage must be measured and adjusted in consideration of this temperature difference. Therefore, the assembly time can be shortened.
(3) By setting the axial thickness on the fixed blade side to be thicker in advance than the axial thickness on the rotor blade side, the blade clearance can be increased naturally each time the number of stages is increased. No adjustment is required.
(4) Since the centrifugal blade groove of the centrifugal blade element that compresses and exhausts gas in the radial direction is formed on both the surface that forms the minute clearance in the axial direction on the rotor blade side and the surface on the opposite side, the bending and deformation of the surface Can be reduced, and the surface need not be corrected.
(5) An elastically deformable structure portion is provided in at least a part of components for fastening the centrifugal blade elements arranged in multiple stages in the axial direction. When the rotor blade is fastened in the axial direction, By causing the deformation to occur, it is possible to prevent loosening due to thermal deformation.
以下、本発明に係るターボ型真空ポンプの実施形態について図1乃至図12を参照して説明する。なお、図1乃至図12において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。 Hereinafter, an embodiment of a turbo vacuum pump according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 12, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明に係るターボ型真空ポンプの一実施形態を示す縦断面図である。図1に示すように、ターボ型真空ポンプは、ポンプの略全長に亘って延びる回転軸1と、ケーシング2内に回転翼と固定翼とを交互に配置することによって形成された排気部10と、回転軸1に回転駆動力を与えるモータと回転軸を回転自在に支承する軸受とを有した軸受モータ部50を備えている。前記ケーシング2は、排気部10を収容する上ケーシング3と、軸受モータ部50を収容する下ケーシング4とから構成されており、上ケーシング3の上端部に吸気口5が形成され、下ケーシング4の下部に排気口6が形成されている。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a turbo vacuum pump according to the present invention. As shown in FIG. 1, the turbo vacuum pump includes a
前記排気部10は、上ケーシング3の吸気口側から下方に向かって、タービン翼排気部11、第1遠心翼排気部21、第2遠心翼排気部31を順次配置して構成されている。タービン翼排気部11は、多段の回転翼としてのタービン翼12と、タービン翼12の直後流側に配置された多段の固定翼17とを備えている。多段のタービン翼12は、概略円柱状のタービン翼部13に一体に形成されており、タービン翼部13のボス部14には中空部15が形成されている。中空部15の底部15aには貫通孔15hが形成されており、貫通孔15hにボルト16が挿通されるようになっている。すなわち、ボルト16を貫通孔15hに挿通し、回転軸1の上部のねじ孔1sに螺合することにより、タービン翼部13は回転軸1に固定されている。
The
一方、多段の固定翼17は、上ケーシング3内に積層されたスペーサ18によって挟持されることにより上ケーシング3内に固定されている。これにより、タービン翼排気部11において、回転翼としてのタービン翼12と、固定翼17とが交互に配置される構成になっている。
前記第1遠心翼排気部21は、多段の回転翼としての遠心翼22と、遠心翼22の直後
流側に配置された多段の固定翼23とを備えている。遠心翼22は、多段に積層されるとともに回転軸1の外周に嵌合されており、キー等の固定手段によって回転軸1に固定されている。また固定翼23も上ケーシング3内に多段に積層されている。これにより、第1遠心翼排気部21において、回転翼としての遠心翼22と、固定翼23とが交互に配置される構成になっている。各遠心翼22は、気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼溝からなる遠心翼要素22aを有している。
On the other hand, the multistage fixed
The first centrifugal
前記第2遠心翼排気部31は、多段の回転翼としての遠心翼32と、遠心翼32の直後流側に配置された多段の固定翼33とを備えている。遠心翼32は、多段に積層されるとともに回転軸1の外周に嵌合されており、キー等の固定手段によって回転軸1に固定されている。また固定翼33も上ケーシング3内に多段に積層されている。これにより、第2遠心翼排気部31において、回転翼としての遠心翼32と、固定翼33とが交互に配置される構成になっている。各遠心翼32は、気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼溝からなる遠心翼要素32aを有している。そして、第2遠心翼排気部31の直後流側には、回転軸1と回転軸1に固定された回転翼12,22,32を含む回転体をスラスト方向に支承する気体軸受40が設けられている。
The second centrifugal
図2は、気体軸受40およびその周辺部を示す要部拡大図である。図2に示すように、気体軸受40は、上ケーシング3に固定された固定側部材(固定側部位)41と、固定側部材(固定側部位)41を挟むように上下に配置された上側回転側部材(上側回転側部位)42と下側回転側部材(下側回転側部位)43とから構成されている。上側回転側部材(上側回転側部位)42と下側回転側部材(下側回転側部位)43は、回転軸1に固定されている。固定側部材(固定側部位)41の両面にはスパイラル溝45,45が形成されている。回転側の上下に分割された部材(部位)、すなわち、上側回転側部材(上側回転側部位)42と下側回転側部材(下側回転側部位)43とにより、スパイラル溝45,45の形成された固定側部材(固定側部位)41を挟み込む構造としている。そして、上側回転側部材(上側回転側部位)42には、固定側部材(固定側部位)41のスパイラル溝45との対向面と逆の面に、気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼要素42aを形成している。遠心翼要素42aは、気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼溝からなっている。
FIG. 2 is an enlarged view of a main part showing the
図3は、図2のIII矢視図である。図3に示すように、固定側部材(固定側部位)41の表面には、略全面に亘って多数のスパイラル溝45が形成されている(図3においては、一部のスパイラル溝のみ示す)。
3 is a view taken in the direction of arrow III in FIG. As shown in FIG. 3, a large number of
図2に示すように、回転軸1と回転軸1に固定された回転翼を含む回転体をスラスト方向に支承する軸受に気体軸受40を採用したことにより、回転体を軸方向に数ミクロン(μm)から数十ミクロン(μm)の精度で回転保持することが可能となる。この気体軸受40を構成している回転体側の部位、すなわち、上側回転側部材(上側回転側部位)42に、気体を半径方向に圧縮する遠心翼要素42aを一体に形成する。気体軸受40と遠心翼の微小クリアランスの方向は同じスラスト方向であるので、遠心翼要素42aの翼クリアランスも、気体軸受40のクリアランスとほぼ同等に(または気体軸受のクリアランスより若干大きく)設定可能である。すなわち、上側回転側部材(上側回転側部位)42に、気体を半径方向に圧縮する遠心翼要素42aを形成しているので、上側回転側部材(上側回転側部位)42は、遠心翼を構成するとともに軸方向の位置決めをする気体軸受40の一部を構成することになる。このように、軸方向の位置決めをする上側回転側部材(上側回転側部位)42に、気体を半径方向に圧縮する遠心翼要素42aを形成しているので、遠心翼要素42aの翼クリアランスを精度よく制御することができる。
As shown in FIG. 2, by adopting a
回転軸1と回転軸1に固定された回転翼を含む回転体が気体軸受40の軸方向中心で浮上しているときの気体軸受40のクリアランスをδdとし、そのときの翼クリアランスをδeとすると、δeとδdの差(δe−δd)は、気体軸受40のトータルクリアランス2δd(すなわちδdu+δdl)の10〜30%程度に設定するのが、翼部の接触に対する信頼性、翼の排気性能の面で適当である。すなわち、δe−δd=(0.1〜0.3)×(2δd)に設定することが好ましい。
なお、図2においては、回転体が気体軸受40の軸方向中心で浮上しているときの状態を図示しているため、δdu(=δd)、δdl(=δd)としている。
大気圧領域にて、ターボ型翼要素の性能が悪い理由は、翼クリアランスが大きく、大気圧領域では逆流が多くなるためである。本発明の構造により、翼クリアランスの微小化を図ることができ、大気圧領域での大幅な圧縮性能の向上を図ることができる。
The clearance of the
In FIG. 2, since the state where the rotating body is floating at the center of the
The reason why the performance of the turbo blade element is poor in the atmospheric pressure region is that the blade clearance is large and the backflow increases in the atmospheric pressure region. With the structure of the present invention, the blade clearance can be miniaturized and the compression performance can be greatly improved in the atmospheric pressure region.
また、本実施形態のターボ型真空ポンプにおいては、気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼要素42a,32a,22aが軸方向に多段に配置され、前記遠心翼要素32a,22aの翼クリアランスは、排気側から吸気側に向かって徐々に大きくなるように設定されている。気体を超高真空から大気圧まで圧縮するためには、翼の多段化が必要になる。ここで、回転翼と固定翼の温度を比較すると、当然、回転翼側の方が温度は高くなる。そのため、多段化した場合に各段のクリアランスを同じにすると、この温度差のために回転翼と固定翼の熱膨張差が生じ、上流側のクリアランスが徐々に狭くなり、接触が生ずる恐れがある。このため、各段の翼クリアランスを、この温度差を考慮して調整しなければならない。しかし、各段の翼クリアランスは非常に微小であるため、すべての段のクリアランスを計測・調整することは非常に手間を要し、組立時間の延長を招くものである。そこで、翼クリアランスが、排気側から吸気側に向かって徐々に大きくなるように設定しておくことが好適である。
In the turbo vacuum pump of this embodiment, the
図4は、翼クリアランスが排気側から吸気側に向かって徐々に大きくなるように設定された排気部を示す要部拡大図である。図4を参照して遠心翼段数を仮に5段とした場合の翼クリアランスの関係を説明する。遠心翼の段数を表す記号をnとおき、気体軸受40に最も近い遠心翼段をn=1、その翼クリアランスをδe1とする。翼クリアランスは、δe1〜δe5となり、その関係をδe1≦δe2≦δe3≦δe4≦δe5に設定する。(ただし、全ての翼クリアランスが等しい関係、δe1=δe2=δe3=δe4=δe5は除く)
FIG. 4 is an enlarged view of the main part showing the exhaust part set so that the blade clearance gradually increases from the exhaust side toward the intake side. With reference to FIG. 4, the relationship of blade clearance when the number of centrifugal blade stages is assumed to be five will be described. A symbol representing the number of stages of the centrifugal blades is denoted by n, the centrifugal blade stage closest to the
また図4は、遠心翼要素の回転翼の軸方向厚さに対する固定翼の軸方向厚さの関係を示している。図4に示すように、本実施形態のターボ型真空ポンプにおいては、気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼要素が軸方向に多段に配置され、遠心翼要素の回転翼の軸方向厚さに対し固定翼の軸方向厚さの方が、軸方向に形成される翼クリアランスの約10〜50%厚く形成されている。すなわち、排気部10における遠心翼要素を有した回転翼(上側回転側部材42,遠心翼32,遠心翼22)の軸方向の厚さをHrとし、固定翼23,33の軸方向の厚さをHsとすると、Hs−Hrは、動圧軸受40のトータルクリアランスである2δd(すなわちδdu+δdl)の10〜50%程度に設定されている。そして、遠心翼の段数を表す記号をnとおき、気体軸受40に最も近い遠心翼段をn=1とすると、気体軸受40からn段目の遠心翼段の翼クリアランスδenと(n+1)段目の遠心翼段の翼クリアランスδen+1との関係は次式で表される。
δen+1=δen+(Hs−Hr)
FIG. 4 shows the relationship of the axial thickness of the fixed blade with respect to the axial thickness of the rotor blade of the centrifugal blade element. As shown in FIG. 4, in the turbo vacuum pump of this embodiment, centrifugal blade elements that compress and exhaust gas in the radial direction are arranged in multiple stages in the axial direction, and the axial thickness of the rotary blades of the centrifugal blade element is set. On the other hand, the axial thickness of the fixed blade is about 10 to 50% thicker than the blade clearance formed in the axial direction. That is, the axial thickness of the rotor blades (the
δ en + 1 = δ en + (Hs−Hr)
気体を超高真空から大気圧まで圧縮するためには、翼の多段化が必要になる。ここで、回転翼と固定翼の温度を比較すると、当然、回転翼側の方が温度は高くなる。そのため、多段化した場合に各段のクリアランスを同じにすると、この温度差のために回転翼と固定翼の熱膨張差が生じ、上流側のクリアランスが徐々に狭くなり、回転翼と固定翼が接触する恐れがある。このため、各段の翼クリアランスを、この温度差を考慮して調整しなければならない。しかし、各段の翼クリアランスは非常に微小であるため、すべての段のクリアランスを計測・調整することは非常に手間を要し、組立時間の延長を招くものである。 In order to compress gas from ultra-high vacuum to atmospheric pressure, it is necessary to increase the number of blades. Here, when the temperatures of the rotor blades and the stationary blades are compared, the temperature on the rotor blade side is naturally higher. Therefore, if the clearance of each stage is the same when multistage, the difference in thermal expansion between the rotor blade and stationary blade is caused by this temperature difference, the upstream clearance gradually becomes narrower, and the rotor blade and stationary blade are There is a risk of contact. For this reason, the blade clearance at each stage must be adjusted in consideration of this temperature difference. However, since the blade clearance at each stage is very small, measuring and adjusting the clearances at all stages is very laborious and causes an increase in assembly time.
そこで、固定翼側の軸方向厚さを、回転翼側の軸方向厚さよりも予め厚めに設定しておく。そうすると、段数を積み上げる毎に、翼クリアランスは自ずと拡大していく。例えば、固定翼側の軸方向厚さを、回転翼側の軸方向厚さよりも予めtμm厚めに設定しておき、気体軸受40に最も近い遠心翼段の翼クリアランスをCLμmと仮定すれば、次の段の翼クリアランスはCLμm+tμmとなり、その次の段の翼クリアランスはCLμm+tμm+tμmとなり、段数を積み上げる毎に、翼クリアランスは自ずと拡大していく。この寸法差は、回転翼側と固定翼側の温度差を考慮して決定すれば良い。また回転翼と固定翼の材質が違うのであれば、それらの線膨張係数の差も考慮すれば良い。この寸法差が大きくなればなるほど、上流側のクリアランスは大きくなってしまい、性能低下への影響も大きくなってしまう。この寸法差は、組立性、接触に対する信頼性、性能の面から決定され、概略、最下段(大気圧側)翼のクリアランスの10〜50%程度に設定することが適当である。
Therefore, the axial thickness on the stationary blade side is set in advance to be thicker than the axial thickness on the rotating blade side. Then, every time the number of stages is increased, the wing clearance naturally increases. For example, assuming that the axial thickness on the stationary blade side is set to t μm thicker than the axial thickness on the rotor blade side, and the blade clearance of the centrifugal blade stage closest to the
図5は、遠心翼要素が回転翼側の軸方向微小クリアランスを形成する面とその反対側の面の両方に形成されている排気部を示す要部拡大図である。図5に示すように、本実施形態のターボ型真空ポンプにおいては、気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼溝からなる遠心翼要素32a,42aが、回転翼側の軸方向微小クリアランスを形成する面とその反対側の面の両方に形成されている。微小クリアランスの翼を多段化するためには、各部品の精度ができるだけ高いに越したことはない。気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼溝からなる遠心翼要素32a,42aは、気体を内周側から外周側に排気する面に形成されている。すなわち、遠心翼要素32a,42aは、遠心力の作用する方向に形成されている。しかしながら、この遠心翼要素が片面にのみ形成されている場合には、遠心翼面の撓み・変形が発生し易く、面の修正が必要となる。ここで、回転翼側において、遠心翼溝の形成されている逆側の面にも同様の遠心翼溝を形成することにより、面の撓み・変形は低減する。すなわち、上側回転側部材(上側回転側部位)42、遠心翼22,32の両面に遠心翼要素42a,22a,32aの遠心翼溝を形成する。また、気体を内周側から外周側に排気する面の逆面に形成する遠心翼溝は、気体を外周側から内周側へ導く方向の角度で形成されており、気体を圧縮する効果もある。ただし、正規の面に形成された遠心翼溝の圧縮作用に比べると、遠心力に逆らう方向への圧縮のため、その圧縮効果は小さい。
FIG. 5 is an enlarged view of a main part showing an exhaust part in which the centrifugal blade element is formed on both the surface forming the axial minute clearance on the rotor blade side and the surface on the opposite side. As shown in FIG. 5, in the turbo vacuum pump of the present embodiment, the
図6は、多段に配置された遠心翼要素を軸方向に締結するための構成を示す要部拡大図である。図6に示すように、本実施形態のターボ型真空ポンプにおいては、多段に配置された遠心翼要素32a,42aを軸方向に締結する部品の一部に弾性変形構造部48を設けている。弾性変形構造部48は円環状のスペーサからなり、弾性変形構造部48には、上下部分48a,48bが変形しやすいように中央部にスリット48sが形成されている。
FIG. 6 is an enlarged view of a main part showing a configuration for fastening the centrifugal blade elements arranged in multiple stages in the axial direction. As shown in FIG. 6, in the turbo vacuum pump of this embodiment, an elastically
本実施形態のターボ型真空ポンプでは、非常に微小な翼クリアランスを形成するため、各部品の材料としては、セラミックスが適している。回転翼側には、高強度を有する窒化珪素セラミックスなどが好適であり、固定翼側には、熱伝導率の高い炭化珪素セラミックスなどが好適である。固定翼側としては、その他にアルミナセラミックスも使用できる。回転翼にセラミックスといった線膨張係数の小さい材料(約3×10−6/℃)を用い、回転軸にステンレス鋼(マルテンサイト系ステンレス鋼)を用いた場合、ステンレス鋼(マルテンサイト系ステンレス鋼)の線膨張係数が約10×10−6/℃であるため、線膨張係数の差により、回転体の回転による昇温中に締結の緩みが発生する恐れがある。そこで、図6に示すように、多段に配置された遠心翼要素32a,42aを軸方向に締結するための部品の少なくとも一部に弾性変形構造部48を設け、回転翼の軸方向締結時に、弾性変形構造部48に、図6の破線で示すように、予め軸方向の変形を発生させておけば、熱変形による緩み防止を図ることが出来る。弾性変形構造部48の材質としては、アルミ合金が好適である。アルミ合金は線膨張係数が大きく(23×10−6/℃)、延性材料である。
In the turbo vacuum pump of this embodiment, ceramics are suitable as the material of each component because a very small blade clearance is formed. Silicon nitride ceramics having high strength are suitable for the rotor blade side, and silicon carbide ceramics having high thermal conductivity are suitable for the fixed blade side. In addition, alumina ceramics can also be used on the fixed blade side. Stainless steel (martensitic stainless steel) when a material with a small coefficient of linear expansion (about 3 x 10-6 / ° C) such as ceramics is used for the rotor blade and stainless steel (martensitic stainless steel) is used for the rotating shaft. Since the linear expansion coefficient is about 10 × 10 −6 / ° C., there is a risk that loosening of the fastening may occur during temperature rise due to rotation of the rotating body due to the difference in linear expansion coefficient. Therefore, as shown in FIG. 6, an elastically
次に、排気部10の翼要素の構成について説明する。
図7(a)、(b)は、タービン翼排気部11のタービン翼部13を示す図である。図7(a)は、タービン翼部13を吸気口側から見た平面図であり、ケーシング2の吸気口5に最も近い最上段のタービン翼12のみを示した図であり、図7(b)は、タービン翼12を放射状に中心に向かって見た図を平面上に部分的に展開した図である。図7(a)および図7(b)に示すように、タービン翼部13は、ボス部14と、タービン翼12とを有している。タービン翼12はボス部14の外周部に放射状に取り付けられた板状の複数の羽根12aを備えている。ボス部14には、中空部15及び貫通孔15hが形成されている。羽根12aは、回転軸1の中心軸線からβ1(例えば、10〜40度)だけねじれた捩れ角をもって取り付けられている。その他のタービン翼12の構成は、最上段のタービン翼12の構成と同じであるが、羽根の枚数、羽根の取付角度β1、ボス部14の羽根を取り付けた部分の外径、羽根の長さなどは、適宜変えてもよい。
Next, the configuration of the wing element of the
FIGS. 7A and 7B are views showing the
図8(a)、(b)、(c)は、タービン翼排気部の固定翼17を示す図である。図8(a)は、ケーシング2の吸気口5に最も近い最上段の固定翼17を吸気口側から見た平面図であり、図8(b)は、固定翼17を放射状に中心に向かって見た図を平面上に部分的に展開した図であり、図8(c)は、図8(a)のVIII−VIII線断面図である。固定翼17は、円環状の円環部18と、円環部18の外周部に放射状に取り付けられた板状の羽根17aとを備えている。円環部18の内周部は軸孔19を形成し、軸孔19を回転軸1(図1参照)が貫通している。羽根17aは、回転軸1の中心軸線からβ2(例えば、10〜40度)だけねじれた捩れ角をもって取り付けられている。その他の固定翼17の構成は、最上段の固定翼17の構成と同じであるが、羽根の枚数、羽根の取付角度β2、円環部の外径、羽根の長さなどは、適宜変えてもよい。
8A, 8B, and 8C are views showing the fixed
図9(a)、(b)は、第1遠心翼排気部21の遠心翼22を示す図である。図9(a)は、ケーシング2の吸気口5に最も近い最上段の遠心翼22を吸気口側から見た平面図であり、図9(b)は、遠心翼22の正面断面図である。高真空側の遠心翼である遠心翼22は、ボス部24を有する略円板状の基部25と、基部25の一方の表面上に形成される遠心翼要素22aとを備える。ボス部24には、回転軸1が挿通される貫通孔24hが形成されている。遠心翼22の回転方向は、図9(a)において時計方向である。
FIGS. 9A and 9B are views showing the
遠心翼要素22aは、図9(a)に示すような渦巻き状の遠心溝からなる。遠心翼要素22aを構成する渦巻状の遠心溝は、回転方向に対して後ろ向き(回転方向とは反対向き)にガス流れ方向に延びる構造であり、ボス部24の外周面から基部25の外周縁まで達している。その他の遠心翼22の構成は、最上段の遠心翼22の構成と同じであるが、遠心溝の個数や形状、ボス部の外径、遠心溝により形成される流路の長さなどは、適宜変えてもよい。
The
図10(a)、(b)は、第2遠心翼排気部31の遠心翼32を示す図である。図10(a)は、ケーシング2の吸気口5に最も近い最上段の遠心翼32を吸気口側から見た平面図であり、図10(b)は、遠心翼32の正面断面図である。大気圧側の遠心翼である遠心翼32は、略円板状の基部35と、基部35の一方の表面上に形成される遠心翼要素32aとを備える。基部35には、回転軸1が挿通される貫通孔35hが形成されている。遠心翼32の回転方向は、図10(a)において時計方向である。
FIGS. 10A and 10B are views showing the
遠心翼要素32aは、図10(a)に示すような渦巻き状の遠心溝からなる。遠心翼要素32aを構成する渦巻状の遠心溝は、回転方向に対して後ろ向き(回転方向とは反対向き)にガス流れ方向に延びる構造であり、略円板状の基部35の内周部から外周縁まで達している。その他の遠心翼32の構成は、最上段の遠心翼32の構成と同じであるが、遠心溝の個数や形状、遠心溝により形成される流路の長さなどは、適宜変えてもよい。
The
図9および図10に示すように、大気圧側の遠心翼32と高真空側の遠心翼22とを比較すると、大気圧側の遠心翼32における遠心翼要素32aの溝部深さは浅く(もしくは凸部高さは低く)、高真空側の遠心翼22における遠心翼要素22aの溝部深さは深く(もしくは凸部高さは高く)設定されている。すなわち、高真空に向かうに従い遠心翼要素の遠心溝の溝部深さは深く(もしくは凸部高さは高く)なっていく。要するに、高真空側に向かうに従い、排気速度が大きくなっていく。
As shown in FIGS. 9 and 10, when the
次に、軸受モータ部50について説明する。図1に示すように、軸受モータ部50は、回転軸1に回転駆動力を与えるモータ51と、回転軸1をラジアル方向に支承する上ラジアル磁気軸受53,下ラジアル磁気軸受54と、回転体を軸方向に吸引する上スラスト磁気軸受56を備えている。モータ51は高周波モータから構成されている。上ラジアル磁気軸受53,下ラジアル磁気軸受54,上スラスト磁気軸受56は、いずれも能動型磁気軸受である。磁気軸受53,54,56のいずれかに異常が発生したときに、回転翼と固定翼とが接触することを防止するために、回転軸1を半径方向および軸方向に支承する上保護ベアリング81と下保護ベアリング82とが設けられている。上スラスト磁気軸受56は、電磁石によりターゲットディスク58を吸引するように構成されている。
Next, the bearing
次に、図1乃至図10に示すように構成されたターボ型真空ポンプの作用を説明する。
タービン翼排気部11におけるタービン翼12が回転することによって、ポンプの吸気口5から軸方向にガスが導入される。タービン翼12を使用することにより排気速度を大きくすることができ、比較的多量の気体を排気することができる。吸気口5から導入されたガスは、最上段のタービン翼12を通過して固定翼17により減速され圧力が上昇する。同様に下流側のタービン翼12及び固定翼17により軸方向に排気され、圧力が上昇する。
Next, the operation of the turbo vacuum pump configured as shown in FIGS. 1 to 10 will be described.
As the
タービン翼排気部11から第1遠心翼排気部21に流入したガスは、最上段の遠心翼22に導入され、最上段の遠心翼22と最上段の固定翼23との相互作用、すなわち当該ガスの粘性によるドラッグ作用、さらに遠心翼要素22aの回転による遠心作用により、遠心翼22の基部25の表面に沿って外周側へ向かわせるガスの圧縮、排気が行われる。すなわち、最上段の遠心翼22に導入されたガスは、当該遠心翼22に対して図9(b)中、略軸方向27に導入され、渦巻状の遠心溝を通って外周側に向かう遠心方向28に流れ、圧縮され、排気される。
The gas flowing into the first centrifugal
最上段の遠心翼22によって外周側へ向かって圧縮されたガスは、次に最上段の固定翼23に流れ込み、固定翼23の鉛直方向に延びる内周面によって、略軸方向に方向を変え、固定翼23の表面側にある渦巻状ガイド(図示せず)が設けられた空間へ流れ込む。そして、最上段の遠心翼22が回転することによって、固定翼23の渦巻状ガイドと、最上段の遠心翼22の基部25の裏面とのガスの粘性によるドラッグ作用によって、最上段の固定翼23の表面に沿って内周側へ向かわせるガスの圧縮、排気が行われる。最上段の固定翼23の内周側に達したガスは、最上段の遠心翼22のボス部24の外周面によって、略軸方向に方向が変わり、下流側の遠心翼22に導入される。下流側の遠心翼22及び固定翼23により、同様のガスの圧縮、排気が行われる。
The gas compressed toward the outer peripheral side by the uppermost
第1遠心翼排気部21から第2遠心翼排気部31に流入したガスは、最上段の遠心翼32に導入され、最上段の遠心翼32と最上段の固定翼33との相互作用、すなわち当該ガスの粘性によるドラッグ作用、さらに遠心翼要素32aの回転による遠心作用により、最上段の遠心翼32の基部35の表面に沿って外周側へ向かわせるガスの圧縮、排気が行われる。次に、最上段の固定翼33に流れ込み、固定翼33の鉛直方向に延びる内周面によって、略軸方向に方向を変え、固定翼33の表面側にある渦巻状ガイド(図示せず)が設けられた空間へ流れ込む。そして、最上段の遠心翼32が回転することによって、固定翼33の渦巻状ガイド(図示せず)と、最上段の遠心翼32の基部35の裏面とのガスの粘性によるドラッグ作用によって、最上段の固定翼33の表面に沿って内周側へ向かわせるガスの圧縮、排気が行われる。最上段の固定翼33の内周側に達したガスは、略軸方向に方向が変わり、下流側の遠心翼32に導入される。下流側の遠心翼32及び固定翼33により、同様のガスの圧縮、排気が行われる。そして、第2遠心翼排気部31から排出されたガスは、排気口6から真空ポンプの外部に排出される。
The gas flowing into the second centrifugal
図11は、ターボ型真空ポンプにおける翼クリアランスによる性能比較を示すグラフであり、排気圧が760Torrで、遠心翼1段で取得できる差圧と回転速度の関係を示す図である。図11において、横軸は、真空ポンプの回転速度(min−1)を表し、縦軸は、差圧(Torr)を表す。翼クリアランスが25μmの場合と40μmの場合とを比較して示す。図11に示すように、翼クリアランスが25μmの場合、遠心翼1段で、10万回転/分(min−1)の回転速度にて、約300Torrの差圧を取得することができる。これに対して、翼クリアランスが40μmの場合、遠心翼1段で、10万回転/分(min−1)の回転速度にて、約250Torrの差圧を取得することができる。すなわち、翼クリアランスが25μmから40μmまで15μm変化すると、性能は、グラフに示すように低下する。このことからも、翼クリアランスを微小に設定できる本発明の効果が分かる。 FIG. 11 is a graph showing a performance comparison according to blade clearance in a turbo type vacuum pump. FIG. 11 is a diagram showing a relationship between a differential pressure that can be acquired by one stage of a centrifugal blade and a rotational speed when the exhaust pressure is 760 Torr. In FIG. 11, the horizontal axis represents the rotational speed (min −1 ) of the vacuum pump, and the vertical axis represents the differential pressure (Torr). A comparison is made between the case where the blade clearance is 25 μm and the case where the blade clearance is 40 μm. As shown in FIG. 11, when the blade clearance is 25 μm, a differential pressure of about 300 Torr can be obtained at a rotational speed of 100,000 revolutions per minute (min −1 ) with one stage of the centrifugal blade. On the other hand, when the blade clearance is 40 μm, a differential pressure of about 250 Torr can be obtained at a rotational speed of 100,000 revolutions per minute (min −1 ) with one stage of the centrifugal blade. That is, when the blade clearance changes by 15 μm from 25 μm to 40 μm, the performance decreases as shown in the graph. This also shows the effect of the present invention in which the blade clearance can be set minutely.
図12は、本発明に係るターボ型真空ポンプの他の実施形態を示す縦断面図である。図12に示すように、ターボ型真空ポンプは、排気部10の排気作用による排気側と吸気側の差圧により生ずるスラスト力を打ち消す方向に作用するスラスト磁気軸受55を備えている。スラスト磁気軸受55は、電磁石を有した上スラスト磁気軸受56と、電磁石を有した下スラスト磁気軸受57と、回転軸1の下部に固定されたターゲットディスク58とから構成されている。スラスト磁気軸受55においては、上下スラスト磁気軸受56,57によりターゲットディスク58を挟み込むようにし、上下スラスト磁気軸受56,57の電磁石によりターゲットディスク58を吸引し、排気部10の排気作用による排気側と吸気側の差圧により生ずるスラスト力を打ち消すようにしている。図12に示すターボ型真空ポンプのその他の構成は、図1に示すターボ型真空ポンプと同様である。
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the turbo vacuum pump according to the present invention. As shown in FIG. 12, the turbo vacuum pump includes a thrust
本発明においては、ラジアル方向の軸受には、磁気軸受を用いた例を示したが、これが気体軸受であっても当然構わない。また、本発明は、大気圧領域で効果を得るためのものである。この大気圧領域の翼要素の上流側に、概略10Torr以下の真空にて、従来、ターボ分子ポンプで採用されている、円筒ネジ溝ロータ、遠心翼、タービン翼の少なくとも一つが用いられても、当然構わない。この領域で使用する遠心翼は、本発明の微小クリアランス遠心翼と排気原理は同じであるが、大気圧領域に比べて真空度が高く、逆流も少なくなるので、大気圧領域の遠心翼のように微小に設定されたものではなく、汎用ターボ分子ポンプの翼クリアランス(0.1〜1mm程度)であっても構わない。この遠心翼をアルミ合金で製作した場合、図5に示した弾性変形構造部を備えても勿論構わない。
気体軸受は、動圧型、静圧型どちらであっても、本発明の効果に影響はない。静圧型の場合は、外部気体供給手段が必要となる。
In the present invention, an example in which a magnetic bearing is used as the radial bearing has been shown, but it may be a gas bearing. The present invention is also for obtaining an effect in the atmospheric pressure region. Even if at least one of a cylindrical thread groove rotor, a centrifugal blade, and a turbine blade, which is conventionally employed in a turbo molecular pump, is used on the upstream side of the blade element in the atmospheric pressure region at a vacuum of approximately 10 Torr or less, Of course it does not matter. The centrifugal blade used in this region has the same exhaust principle as the microclearance centrifugal blade of the present invention, but has a higher degree of vacuum and less backflow than the atmospheric pressure region. The blade clearance of the general-purpose turbo molecular pump (about 0.1 to 1 mm) may be used. When this centrifugal blade is made of an aluminum alloy, it is of course possible to provide the elastically deformable structure shown in FIG.
Whether the gas bearing is a dynamic pressure type or a static pressure type, the effect of the present invention is not affected. In the case of the static pressure type, an external gas supply means is required.
1 回転軸
2 ケーシング
3 上ケーシング
4 下ケーシング
5 吸気口
6 排気口
10 排気部
11 タービン翼排気部
12 タービン翼
13 タービン翼部
14 ボス部
15 中空部
15h 貫通孔
16 ボルト
17 固定翼
18 スペーサ
21 第1遠心翼排気部
22 遠心翼
22a,32a,42a 遠心翼要素
23 固定翼
24 ボス部
24h 貫通孔
25 基部
31 第2遠心翼排気部
32 遠心翼
33 固定翼
35 基部
35h 貫通孔
40 気体軸受
41 固定側部材(固定側部位)
42 上側回転側部材(上側回転側部位)
43 下側回転側部材(下側回転側部位)
45 スパイラル溝
48 弾性変形構造部
48s スリット
50 軸受モータ部
51 モータ
53 上ラジアル磁気軸受
54 下ラジアル磁気軸受
55 スラスト磁気軸受
56 上スラスト磁気軸受
57 下スラスト磁気軸受
58 ターゲットディスク
81 上保護ベアリング
82 下保護ベアリング
DESCRIPTION OF
42 Upper rotation side member (upper rotation side part)
43 Lower rotation side member (lower rotation side part)
45
Claims (5)
前記回転軸をスラスト方向に支承する軸受に気体軸受を用い、該気体軸受の固定側部位の両面にスパイラル溝を形成し、前記回転軸に固定された上側回転側部位と下側回転側部位とにより、前記スパイラル溝の形成された固定側部位を挟み込むようにし、
前記上側回転側部位に、前記スパイラル溝と対向する面と逆の面に、気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼要素を形成したことを特徴とするターボ型真空ポンプ。 A rotating shaft extending over substantially the entire length of the pump; an exhaust section formed by alternately arranging rotating blades and fixed blades in the casing; a motor for applying a rotational driving force to the rotating shaft; and the rotating shaft In a turbo type vacuum pump having a bearing motor portion having a bearing that is rotatably supported,
A gas bearing is used as a bearing for supporting the rotating shaft in the thrust direction, spiral grooves are formed on both surfaces of a fixed side portion of the gas bearing, and an upper rotating side portion and a lower rotating side portion fixed to the rotating shaft, By sandwiching the fixed side portion where the spiral groove is formed,
A turbo type vacuum pump characterized in that a centrifugal blade element for compressing and exhausting gas in a radial direction is formed on a surface opposite to the surface facing the spiral groove in the upper rotation side portion.
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